如何采用无线技术进行电力传输设备(如何采用无线技术进行电力传输)
在工业物联网(IIoT)建设中,预计超过60%的成本花费在布线和安装上。无线数据传输显然可以省去一些线缆连接,而使用无线技术进行电力传输无疑可以避免更多的布线。
TransferFi是一家初创公司,致力于为50米范围内的工业物联网传感器网络开发新的无线充电解决方案。
无线技术大家都懂,但是发射机的设计,发射机安装的位置,如何达到最佳效率,整个系统性能的验证都面临很大的挑战,需要复杂的工程解决方案。布线成本不可避免,不仅阻碍了工业物联网和工业4.0的发展,也为智能电网和智慧城市的发展设置了障碍。大规模传感器安装需要复杂的布线基础设施,成本高,安装时间长。
Fi开发的TFi Turin 1无线电力网络(WPN)平台可以实现可靠部署,无需频繁更换电源线或电池。
TransferFi的联合创始人兼首席执行官Aashi Shmehta说:我们的TFi WPN IIoT系统级架构是专为工业物联网应用而设计的,这些应用需要一个长距离的无线电力网络,可以为多个目标供电。我们采用了更适合远场/远距离应用的射频技术。都灵平台促进了物联网应用的商业化,因为它自动化了远场无线电力网络的部署和应用。"
无线电力传输
无线电力传输(WPT)技术可分为近场和远场两大类,各有优缺点。
近场无辐射技术最适合短距离能量传输。它通过线圈之间的电感耦合或金属电极之间的电容耦合形成的磁场来传输能量。电感耦合是使用最广泛的无线技术。
远场辐射场技术也叫无线功率束,通过电磁辐射(如微波或激光束)传输功率。这种技术可以远距离传输能量,但必须有接收器。波束形成技术用于改善波束的聚焦。
通过专用射频技术进行无线电力传输在物联网应用中越来越受欢迎。波束形成可以说是WPT技术的圣杯,因为它可以在不增加发射功率的情况下向接收端传递更高质量的信号。为了获得满意的波束,发射机必须配备大量天线以形成自适应波束,同时控制波束能量聚焦的方向。
图1:无线电力传输的功能框图。(来源:TransferFi)
TFi都灵1
TransferFi创建了一个自动校准系统,可以根据接收器优化定位、分时和信号的位置和应用程序负载。
Tfturin1平台由一个TFi网关和一个带有各种传感器的TFi传感器单元组成。TFi网关采用远场射频无线电力传输供电,与距离不超过50m的TFi传感器设备进行数据通信。
"我们开发了波束形成和信号优化算法,将波束聚焦在目标设备上。"阿施什说,这些算法对发送方和接收方都进行了优化,可以应用于整个系统级架构。我们的专利主要包括:优化更好的射频DC转换和更精确的波束形成角度;使用TFi一键校准和分时软件,缩短部署时间;通过16通道TFi网关增强光束聚焦。"
波束形成过程是将无线信号指向特定的接收设备,而不是发散到其他方向。与其他技术相比,波束形成技术产生的连接更直接、更快速、更可靠。近年来,由于5G的普及,波束形成技术也发展迅速。
其中一种实现技术是使用多个非常接近的天线,以稍微错开的时间发送相同的信号。重叠波在某些区域产生有益的干扰(使信号更强),而在其他区域产生有害的干扰(使信号变弱或无法检测)。如果操作正确,该波束形成过程可以将信号导向目标位置。
图2:使用波束成形
图3:目前用于工业物联网的TFi系统。(来源:TransferFi)
聚焦光束比向各个方向发散光束要有效得多。这项技术还可以减少拦截其他信号带来的干扰。当然,它有其局限性,在执行复杂的计算任务以获得最佳效率时,它可能会消耗更多的计算资源。但软硬件资源的不断完善可以弥补这些不足。
"总的来说,Turin平台的设计是跨硬件和应用的,只要硬件类型合适就可以使用。我们发布的TFi WPN IIoT可用于状态监测、智能楼宇自动化和环境感应热图绘制(适用于服务器机房和冷藏室)。我们的合作伙伴包括工业自动化、半导体、物流和汽车领域的跨国公司。"Aashish说。
工业4.0、智能建筑、智能电网等未来工业概念都需要大规模部署传感器,其基础设施布线复杂,需要很长时间才能完成部署,停机成本高,会阻碍业务发展。在目前有线传感器的部署中,大部分时间浪费在安装和布线上,占传感器部署总预算的60%以上。TFWPN平台提供的非侵入式传感器的部署降低了基础设施布线的复杂性。hfy
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